FR2539383A1 - Aeronef torique allege telecommande pour la teledetection aerienne - Google Patents

Abstract

L'AERONEF COMPORTE UN BALLON TORIQUE 1, GONFLE A L'HELIUM FIXE SUR UNE CELLULE TRONCONIQUE 2 PORTANT A SON SOMMET UN ROTOR DE SUSTENTATION 4, ET A SA BASE RECEVANT DEUX PROPULSEURS 6, 7, ET DES BEQUILLES 8, UN MOYEN ANTI-COUPLE V EST DISPOSE ENTRE LE BALLON ET LA CELLULE CONSTITUE PAR DES VOLETS FIXES OU MOBILES, DES MOYENS DE TELEPILOTAGE A VUE, SEMI-AUTOMATIQUE OU AUTOMATIQUE EMBARQUES COOPERANT AVEC DES MOYENS DE TELECOMMANDE EQUIPANT UNE STATION FIXE OU MOBILE AU SOL, DES MOYENS DE TELEDETECTION ASSERVIS EMBARQUES ET DES MOYENS DE TELECOMMANDE DE TELEDETECTION AINSI QUE DES MOYENS DE TRANSMISSION ET DE RECEPTION AU SOL ET DE TRAITEMENT DES IMAGES.

Description

Aéronef torique allege telGcommandE pour la télédétection aérienne Llinvention concerne les aéronefs allégas plus lourds que l'air utilisés pour la télédétection aerienne 9 la transmission d'informations au sol pour leur exploitation en temps reel, et la téléopération.

On connaît déjà un aéronef allégé plus lourd que l'air qui a fait l'objet d'articles de revus mais qui na, à ce jour, été réalisé qu'en maquette.

Les engins utilisés actuellement pour la télédétection aerienne sont de petits avions et des hélicoptères. Ils présentent les inconvénients suivants: - Les vibrations dans les hélicoptères et les avions ne permettent pas de prendre d'images nettes - Les ballons plus légers que l'air présentent des problèmes de stabilité - La vitesse des petits avions est trop importante pour la télédétection - Le coOt de l'heure de vol sur les avions et hélicoptères est très élevé du fait de l'emploi d'un pilote et de'l'importante consommation de carburant ainsi que de l'obligation de satisfaire à des normes de sécurité internationale de l'aviation civile qui réclament des conditions draconiènes d'état des engins pour leur permettre de voler.

L'aéronef selon l'invention, tel qu'il est décrit dans les revendications a pour objet de créer un appareil télécommandé équipe pour la téladéeee- tion aérienne, susceptible de décoller, d'atterrir et d'amerrir par ses propres moyens; il comporte un ballon torique gonfle a l1hélium, fixé sur une cellule troncOnique comportant a son sommet un rotor de sustentation pour alléger la charge, ledit rotor est placé à l'équateur du ballon, des moyens d'entraSnement.en rotation dudit rotor et de réglage de l'incidence des pales, deux rotorsde propulsion disposés de chaque coté de la cellule et à sa base, un moyen anti-couple et des bequilles d'atterrissage,
Il comporte en outre des moyens de télépilotage et de contrôle d'état des divers organes de sustentation et de propulsion,. des moyens pour assurer le vol stationnaire au dessus d'un point prédis, des moyens de positionnement dynamique précis, des moyens de télédétection embarqués coopérant avec des moyens au sol pour la transmission et la réception d'image au sol en temps réel, des moyens de détection d'obstaCles et de signalisa tion intantané au sol coopérant avec des moyens au sol pour le calcul et la transmission de paramètres de correction dz trajectoire.

Les avantages présentés par l'aéronef allégé télécommandé selon l'inven- tion équipé pour la télédétection aérienne sont les suivants: - bonne stabilité, très peu de vibrations; - bonnemaîtrise des vitesses lentes et très lentes ainsi que du vol
stationnaire; - décollage, atterrissage et aménissage par ses propres moyens, sans infrastructure au sol; - positionnement dynamique de grande précision par radio-guidage pour effectuer des relevés précis; - équipement infra-rouge thermique, ultra violet ou visible standard avec transmission d'images à une station fixe ou mobile au sol ou sur mer pour le traitement en temps réel; - absence de pilote, pas de frais d'entraînement ni de normes de -sécurité à satisfaire, pas d'obligations de couloirs de vol; - coût très reduit de l'heure de vol.

L'invention est decrite plus en detail dans'le texte qui suit en référen- ce aux dessins annexés dans lesquels: - les figO1 et 2 montrent une vue en coupe et une vue de dessus de liadr nef allégé selon l'invention; - la fig.3 montre un aéronef dont. l'énergie et les commandes de manoeuvre est fournie par un câble électrique allégé par une succession de petits ballons gonflés à l'hélium; - les fig.4 et 5 montrent un exemple de commande de basculement des rotors de propulsion pour le vol stationnaire;; - la fig.6 montre un exemple de schéma synoptique de télépilotage à vue, - la fig. 7 montre un exemple de schéma synoptique de télépilotage semi- automatique et automatique, - la fig.8 montre un exemple de schéma synoptique de la partie embarquée du système de télédétection; - les figO9A et 9B montrent un exemple de schéma synoptique des moyens de réception équipant la station de.télédétection au sol ou sur un véhicule terrestre ou marin; - la fig.l0 montre un exemple de schéma synoptique dsun système d'écoute sous-marine et/ou de prélèvement d'échantillon d'eau de mer;; - la fig.li montre un exemple de schéma d'une variante de la fige10 - les fig.12 et 13 montrent vu de dessus et en élévation un aérons selon l'invention embarqué sur une vedette rapide
Tel qu'il est décrit sur les figures 1 et 2, l'aéronef allégé torique comporte un ballon torique 1 gonflé à l'hélium, fixé sur une cellule troncônique 2 au moyen d'attaches 3, une hélice de sustentation 4 située à l'équateur du ballon et au sommet de la cellule 2, est entraînée en rotation par un moteur thermique 5 dont la commande de vitesse de rotation est constituée par un micro-moteur pas-à-pas agissant sur l'admission du mélange gazeux alimentant le moteur, ladite vitesse étant contrôlée par exemple par une dynamo tachymétrique coopérant avec un moyen de signalisation comme il sera vu plus loin. De chaque côté de la cellule sont disposés 2 rotors de propulsion 6,7, entraînés en rotation chacun par un moteur thermique et susceptibles de basculer autour d'un axe XX' pour passer en vol stationnaire comme il sera décrit sur la fig.4. La cellule comporte un tripode 8 assurant son appui au sol.

L'asservissement des moteurs de propulsion ainsi que les différents modes de pilotage seront décrit plus loin. L'appareil comporte un système anticouple constitué par un ensemble de volets V fixes ou mobiles formant une courbe permettant d'éviter la rotation de l'appareil, notamment en vol stationnaire.

La fig.3 montre schématiquement, vu en perspective, un exemple d'aéronef télécommandé alimenté en énergie électrique et commandé à partir d'un câble électrique 10 allège par une succession de petits ballons gonfles à l'hélium. Lesdits ballons peuvent être réalisés à partir d'un tube en tissu souple étanche, fermé à ses extrémités et resserré de place en place sur le câble pour former une sorte de chapelet de saucisses, le le gonflage s'effectuant par une extrémité. Ce moyen permet l'utilisation de l'aéronef à courtes distance. La propulsion et la sustentation sont obtenues au moyen de moteurs électriques au lieu de moteurs thermiques.

La fig.4 montre un exemple de commande de basculement des rotors de propulsion 6,7, pour passer en vol stationnaire, position du rotor présentée sur le côté gauche du dessin basculée de 99 vers le haut et tournant au ralenti pour éviter de les arrêter car leur redémarrage pose un problème quasi insoluble de façon simple.

Les rotors 6,7, sont fixés chacun sur un flasque 11,12, solidaire des extrémités de l'arbre 13 monté sur des paliers 14,15. Le basculement est obtenu par exemple par un engrenage 16 calé sur l'arbre 13, entrainé en rotation par un second engrenage calé sur le bout d'arbre d'un moteur pas-à-pas.

Cet entraînement de l'arbre de basculement peut être réalisé avec divers autres moyens connus, par exemple par un système à levier mû par un électro-aimant, ou encore par un treuil etc...

Deux butées de fin de course 18,19, définissent les deux positions des rotors, ces butées peuvent comporter des contacts de fin de course signalant la position des propulseurs. Le positionnement peut être rendu positif au moyen d'un verrouillage fig.5 à chaque fin de course. Un tel verrouillage peut être constitué par exemple par un indexe à entrée cônique 20,21, pénétrant dans un centrage 22 du flasque,correspondant à la position du rotor, ledit indexe pouvant être déverrouillé par exemple au moyen d'un électro-aimant 23 tirant sur un câble 25,26, et rappelé au verrouillage par un ressort de compression 24. Chaque flasque 19,12, comporte un centrage pour chaque position du rotor. La rotation est obtenue en entrainant le moteur de commande dans le sens convenable suivant le nombre de pas correspondant au basculement des rotors.

La fig.6 montre un exemple de schéma synoptique des moyen de télécommande de pilotage à vue. Ce pilotage peut être
1 - manuel à partir d'un pupitre émetteur 30 manipulé par un opérateur au sol,
2 - à compensation automatique de couple pour la commande en vitesse relative des deux rotors de propulsion;
3 - ce pilotage peut etre semi-automatique.

Cas 1: Pilotage manuel. I1 comporte un récepteur radio décodeur 31, agissant sur les blocs de commande et de contrôle 32,33, de la vitesse des moteurs d'entraînement en rotation des rotors de propulsion 6,7, fig.1,2, et sur un bloc 34 de commande de la vitesse du moteur thermique 5 d'entra- nement du rotor de sustentation 4 pour le contrôle de l'altitude et sur un bloc de commande du vol stationnaire 35 agissant sur le moteur pas-à-pas de basculement et sur le moyen de verrouillage.

Cas 2: Manuel à compensation automatique du couple. Il comporte en plus des moyens précédents un bloc de mesure de positionnement en azimut 36 agissant à partir d'une consigne contrôlant un bloc de compensation auto matique du couple 37 régulant la commande en vitesse relative des deux rotors de propulsion 6,7, en agissant par exemple sur le micro-moteur de commande du réglage d'admission du mélange gazeux de chacun des moteurs d'entraînement en rotation des propulseurs 6,7, un bloc de contrôle 38 surveille la consommation d'essence.

Cas 3: Pilotage semi-automatique à vue. On adjoint aux éléments de pilotage précédemment mentionnés, un bloc de mesure d'altitude 39, dans lequel une consigne d'altitude affichée à partir de la télécommande au sol, attaque le bloc de commande 34 du moteur de sustentation 5 pour compenser les modifications intempestives d'altitude par rapport à cette consigne.

Ce type de pilotage permet une commande directe en altitudes en i direction du déplacement (à distance indéterminée).

La fig.7 montre un schéma des moyens de télécommande de pilotage automatique permettant un contrôle relatif ou absolu.

1) contrôle relatif: I1 permet la commande directe en altitude, en distance et en direction par rapport au point de départ; il comporte un émetteur/récepteur de commande au sol 40, un récepteur radio décodeur 31, une unité de calcul programmable à mémoire 41 pouvant recevoir des programmes de vol et définissant les paramètres de pilotage sur l'aéronef. En plus des blocs 32 à 39, de pilotage à vue, on a ajouté un bloc 42 de mesure de la vitesse de déplacement en X et Y, et un bloc de détection d'obstacles 43. L'unité électronique de calcul à microprocesseur effectue continuellement le calcul des divers paramètres de.commande des moteurs en fonction du ou des plans de vol introduits en mémoire. Le contrôle relatif peut cumuler des erreurs de calcul après des étapes successives.Les mesures de vitesse des moteurs sont exploitées directement par l'unité de calcul, la commande est très nettement simplifiée.

2) Contrôle absolu du pilotage automatique. Il permet la commande directe en altitude, en distance et en direction par rapport à la station au soit.

Ce contrôle absolu est obtenu au moyen d'un bloc de mesure de distances 43 par rapport à la station. I1 ne cummule pas d'erreurs comme dans le cas précédent.

La fig.8 montre un exemple de schéma synoptique de la partie embarquée du système de télédétection. I1 comporte un moyen senseur 49 constitué par une caméra 50 en lumière visible, infra-rouge ou ultra-violet, comportant l'ensemble des réglages suivants:
- bloc de mise au point 51,
- Zoom 52
- Règlage de seuil de détection 53
- Réglage d'échelle de mesure 54
Ces réglages sont obtenus au moyen de micro-moteus électriques pas-à-pas agissant sur les potentiomètres correspondant aux réglages à effectuer.

La caméra est équipée d'un projecteur 55 et de son moyen de commande 56 ainsi que d'un jeu de filtres 57,58, montés sur un porte-filtres tournant 59,60 télécommandé par l'intermédiaire d'un moteur pas-à-pas 63,64 et des blocs 61,62 . Les filtres 58 sont interposés entre la caméra et les surfaces à analyser. Ceci permet de choisir pendant une mission les filtres adéquats (bande de longueur d'ondes). Le projecteur 55 permet d'éclairer les surfaces et objets visés de la même manière que pour les caméras, les filtres tournants 57 permettent de sélectionner une bande de longueur d'ondes adaptée à la mesure à effectuer. L'emploi d'un tel système de filtres (éclairage et détection) permet d'opérer en détection synchrone pour les signaux de faible intensité.

L'ensemble détecteur-projecteur-filtres est monté sur un système d'orientation en site et en azimut télécommandé au moyen d'un bloc 65 agissant sur des moteurs pas-à-pas 66,67, effectuant l'orientation à la demande et à partir d'un bloc récepteur décodeur 68 en liaison radio avec la station de télécommande au sol. Les informations enregistrées par la ou les cameras sont transmises au sol par un émetteur 69
La figO9 montre un exemple de schéma synoptique des moyens de réception de la station,au sol ou sur un véhicule terrestre ou marin. Cette station comporte une partie assurant la commande du système de télédétection fig.9A et une partie réception des informationsvidéo détectées par les caméras fig.9B.

La télécommande fig.9A permet d'agir sur les différents éléments du système embarqué Elle comporte un bloc émetteur-codeur 70, les blocs de commande: de mise au point de l'objectif de la ou des caméras 71, du zoom 72, du réglage de seuil 73, du réglage d'échelle 74, du moteur de sélec- tion de filtres de caméra 75, du moteur de sélection des filtres du projecteur 76, de commande Marche/Arrêt du projecteur 77, d'orientation en site 78 et en azimut 79.

La réception, fig.9B, des informations détectées par les caméras, comporte un récepteur vidéo 80, un moniteur 81, un magnétoscope 82, et un ensemble de traitement des informations images 83 agissant en temps réel ou en temps différé, un second moniteur 84 et une table traçante 85
La fig.iO montre un exemple de schéma synoptique d'un système d'écoute sous-marine et/ou de prise d'échantillons d'eau de mer pour analyse.

Il comporte un récepteur-décodeur 86 agissant sur un bloc de commande 87 du moteur d'entraînement d'un treuil enroulant ou déroulant un câble 88 assurant les fonctions-de soutient et de transmission des informations en provenance d'une sonde 89 qui peut, elle-même, être soit un système d'écoute sous-marine, soit un système de prélèvement d'échantillons d'eau
soit encore un système de mesure de température, de PH et autres mesures. Les informations détectées par la sonde 89 sont amplifiées par le bloc 90 et envoyées à la station au moyen d'un émetteur 91.

La fig.ll montre un exemple de schéma d'une variante de système d'écoute sous-marine. I1 comporte un récepteur décodeur 92, un système de larguage 93 de sondes d'écoute 94 équipées d'un émetteur radio, un système de récupération de sonde 95, un bloc récepteur 96 des informations transmises par les sondes 93, et un émetteur transmettant les informations à la station fixe ou mobile.

Les fig.12,13, montrent, vue en élévation et en vue de dessus, une vedette rapide pour l'observation, la surveillance de la Zône Economique
Exclusive Marine des 200 mille nautiques et les études océanographiques.

Le navire porteur est équipé d'une plate-forme d'atterrissage de l'aéronef 97, d'un compresseur et d'un réservoir sous pression pour récupérer l'hélium du ballon à l'issue de chaque opération.

On a également prévu d'équiper l'aéronef avec un ensemble microphone, haut-parleur, émetteur-récepteur pour dialoguer avec des personnes naviguant en mer, des naufragés etc...

Pour améliorer la communication, le micro et le haut-parleur peuvent être suspendus à un câble mû par un treuil télécommandé pour les rapprocher de l'interlocuteur.

Pour certains types de missions, terrestres, l'aéronef, comme pour les missions marines, peut être déplacé sur une plate-forme mobile terrestre qui peut être un camion-station équipé de la logistique de télédétection et de télécommande et en outre être muni d'un compresseur et d'un réservoir à faible pression par exemple de l'ordre de 1 bar, pour récupérer.l'hélium du ballon à la fin de chaque mission, réduire son encombrement pour permettre son transport par la route.

Le système de téléopération est prévu pour le prélèvement d'échantillons de toute nature dans tous les types d'environnements compatibles, eau, neige, terre etc...

Claims (8)

REVENDICATIONS I - Aéronef torique allégé télépiloté destiné à la télédétection aérienne, comportant un ballon torique gonflé à l'hélium fixé sur une cellule troncônique comportant à son sommet un rotor de sustentation (4) coopérant avec le ballon pour alléger la charge, disposé à l'équateur du ballon, des moyens d'entraînement en rotation du rotor de sustentation et d'entraînement en rotation de deux rotors de propulsion (6,7) et un moyen anti-couple, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de télépilotage manuel à vue, des moyens de télépilotage semi-automatique et automatique des moyens pour assurer le vol stationnaire au-dessus d'un site pré-défini à observer, des moyens de positionnement dynamique précis, des moyens de télédétection embarqués coopérant avec des moyens de transmission au sol en temps réel ou en temps différé, coopérant avec des moyens équipant une station fixe ou mobile au sol pour la réception des information détectées et leur traitement ainsi que pour le télépilotage de l'aéronef, et en ce que des moyens de détection d'obstacles coopèrent, en pilotage automatique, avec les moyens de télépilotage au sol pour effectuer la correction automatique ou non de trajectoire.
1. 2 - Aéronef selon 1, caractérisé en ce que la transmission dès paramètres de télépilotage et de télédétection est assurée par un câble électrique (10), et en ce que ledit câble, fixé sous la cellule de l'aéronef, est allégé par une succession de petits ballons cylindriques en forme de saucisse gonflés à l'hélium, et en ce que ledit câble alimente également des moteurs électriques de propulsion et de sustentation.
2. 3 - Aéronef selon 1, caractérisé en ce que le vol stationnaire est obtenu au moyen d'un dispositif de basculement des deux rotors de propulsion suivant un angle de l'ordre de 90" préférablement vers le haut au moyen d'un arbre (13) monté sur deux paliers (14,15) et comportant, à ses extrémités, un flasque fixe (11,12) sur chacun desquels est fixé un des rotors de propulsion (6,7), l'arbre (13) comporte un moyen de commande de pivotement mû par un moteur électrique télécommandé et un couple d' engrenages (16,17) coopérant avec un système de verrouillage de fin de course.
3. 4 - Aéronef selon 1, caractérisé en ce que le moyen anti-couple est constitué par un ensemble de volets (V) fixes ou mobiles de forme courbe, interposés entre la cellule et le ballon.

   Aéronef selon 1, caractérisé en ce que le système de télépilotage comporte une partie embarquée et une partie à la station de télécommande, et en ce que la partie embarquée pour le pilotage manuel à vue comporte un bloc récepteur décodeur (31) agissant sur un moyen de commande de la vitesse du rotor de sustentation (34) , sur un moyen de contrôle et de commande (32,33) de la vitesse de chacun des deux rotors de propulsion, sur un moyen de commande du vol stationnaire agissant sur le moteur de basculement des deux rotors de propulsion et sur le moyen de verrouillage de fin de course vol normal et vol stationnaire, et en ce qu'il comporte en outre un moyen de mesure de positionnement en azimut (36) et un moyen de compensation automatique du couple (37) des rotors de propulsion agissant sur la vitesse relative desdits rotors, et un moyen de contrôle du niveau d'essence (38), et en ce que le moyen de pilotage à vue est rendu semi automatique au moyen d'un bloc de mesure d'altitude (39), et un moyen de mesureoe'positionnement en azimut agissant sur les blocs (32,33,34) de contrôle et de commande des rotors de propulsion et de sustentation.
4. 6 - Aéronef selon 1 et 5, caractérisé en ce que le télépilotage est rendu automatique au moyen d'une unité de calcul à microprocesseur à mémoire (41) pouvant recevoir des programmes de vol et coopérant avec un récepteur décodeur radio-commandé (31), un moyen de mesure de la vitesse de déplacement en X et en Y (42), un moyen de détection d'obstacles (44) permettant un contrôle relatif, et en ce qu'un moyen de mesure de distance (43) par rapport à la station au sol, permet un contrôle absolu par rapport à la station.
5. 7 - Aéronef selon 1,5 et 6, caractérisé en ce que le système embarqué de télédétection comporte un moyen senseur (49) constitué par au moins une caméra (50) en lumière visible, infra-rouge ou ultra-violet munie d'un bloc de mise au point (51) d'un bloc de réglage du zoom (52) d'un bloc de réglage de seuil (53), d'un bloc de réglage d'échelle de mesure (54) agissant chacun sur un potentiomètre correspondant au réglage à effectuer par l'intermédiaire d'un micro-moteur pas-à-pas, et en ce que chaque caméra est équipée d'un projecteur (55) et de son moyen de commande (56) et en ce que la caméra et le projecteur sont équipés chacun d'un jeu de filtres montés chacun sur un portefiltre tournant asservi (59,60), et en ce que l'ensemble caméra/projecteur est monté sur un système d'orientation en site et en azimut télécommandé par un bloc (65) à partir d'un récepteur décodeur (68), et en ce que les informations recueillies par les caméras sont transmises au sol par un émetteur (69), et en ce que les moyens de télédétection de la station fixe ou mobile comportent un bloc émetteur-codeur (70), des blocs de commande de: mise au point de l'objectif des caméras (71), du zoom (72), du réglage de seuil (73), du réglage d'échelle de mesure (74), du moteur de sélection des filtres de caméra (76), des filtres du projecteur (77), d'orientation en site (78) et en azimut (79), et en ce que les moyens de réception de la station au sol comportent un récepteur vidéo (80), un moniteur (81), un magnétoscope (82), un ensemble de traitement d'image (83) agissant en temps réel ou en temps différé, un second moniteur (84) et une table traçante (85).
6. 8 - Aéronef selon 1 et 7, caractérisé en ce que le système embarque comporte un système d'écoute sous-marine constitué par un récepteur déco- deur (86) agissant sur un bloc de commande (87) d'entraînement d'un treuil déroulant et enroulant un câble (88) assurant les fonctions de soutient d'une sonde (89) et de transmission des informations en provenance de ladite sonde, et en ce que ladite sonde peut être remplacée par un système de prélèvement d'échantillons pouvant être également équipé de moyens de mesure d'environnement en température, PH et autres, et en ce que les informations détectées par la sonde (89) sont amplifiées par un bloc (90) et envoyées à la station par un émetteur (91).
7. 9 - Aéronef selon 1,7 et 8 caractérisé en ce que le système d'écoute sous-marine comporte un récepteur décodeur (92), un système de larguge des sondes (93) et en ce que lesdites sondes sont équipées d'un metteur radio coopérant avec un bloc récepteur (96) et^un émetteur (97) et sont récupérées au moyen d'un système de récupération (95)0 10 - Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la station de télécommande est un véhicule terres tre ou marin équipé d'une plate-fornie d'atterrissage, d'un compresseur et d'un réservoir à faible pression pour récupérer l'hélium du ballon et permettre son transport par la route.
8. 11 - Aéronef selon 1 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte un micro et un haut-parleur, et en ce que ledit micro et ledit haut-parleur peuvent être suspendus à un cable mû par un treuil électrique télécommandé